Laboratorium Elektroniki
	Temat : Stabilizatory napięcia stałego

1.Wstęp.

Celem ćwiczenia jest zilustrowanie zasad działania stabilizatorów napięcia o pracy ciągłej oraz sposobów poprawy ich parametrów, a także aplikacji specjalizowanych układów scalonych. W kolejności badane są stabilizatory:

- parametryczny (z diodą Zenera DZ spolaryzowaną w kierunku zaporowym),

- kompensacyjny (ze sprzężeniem zwrotnym).

Stabilizator parametryczny to taki w którym jest brak zewnętrznej pętli sprzężenia zwrotnego zapewniającej porównanie wartości stabilizowanego napięcia wyjściowego z wartością odniesienia. Działanie stabilizujące pełni dioda Zenera.

Stabilizator kompensacyjny to taki w którym zastosowano pętlę sprzężenia zwrotnego umożliwiającą porównywanie wartości napięcia stabilizowanego z napięciem odniesienia i takie oddziaływanie na układ regulacyjny, w wyniku którego kompensowane są zmiany napięcia wyjściowego.

2. SCHEMATY BADANYCH STABILIZATORÓW I ICH CHARAKTERYSTYKI.

Stabilizator parametryczny:

- schemat

- charakterystyka

Stabilizator kompensacyjny:

- schemat

- charakterystyka

3. Obliczenia projektowe.

Stabilizator z diodą Zenera:

Uz=Uwy=5.6V

Uwe=10 ÷12V

Iz=3mA*30mA

Rz=50Ω

Uwe=Rs*I+Uz ⇒ R₁₀=Uwe-Uz/I-Rz

R₁₀=162Ω

Stabilizator ze sprzężeniem zwrotnym:

Iz=3÷30mA ; Uwe=10÷12V ; β=100 ; I_0max=22.6mA

Dla Iz=3mA Ib2=2.97μA i Ic2=2.97mA

Ie1=22.6-0.0297=22.57mA

Dla Iz=30mA Ib2=297μA i Ic2=29.7mA

Ie1=22.6-0.297=22.3mA

Ie1=Ic1+Ib1

⇒ Ie1=Ib1(1+β) ⇒ Ib1=Ie1/(β+1)

Ic1=β*Ib1

Dla Iz=30mA Ib1=0.223mA i Ic1=22.3mA

Dla Iz=3mA Ib1=0.22mA i Ic1=22mA

I_RS=Ib1+Ic2=3.193÷29.92 mA

R₃₀=Uwe-Uz-Uce/I_RS=184÷1350Ω

Przyjmujemy R₃₀=1350Ω

3.Pomiary:

STABILIZATOR Z DIODĄ ZENERA

R₁₀=162Ω dla We10÷12V dokonano następujących pomiarów:

Uwe	Uwy
14.00	6.50
11.99	6.37
10.00	6.25
8.19	6.20
8.01	6.21
7.50	6.10
6.20	5.98
6.04	5.95
5.50	5.60
5.02	5.15
4.07	4.17

dla Uwe=10V
dla Uwe=12V

Uwe = 12.16 V
I [A]	U [V]
0.0285	6.19
0.033	6.20
0.042	6.20
0.063	6.20
0.078	6.20
0.1	6.17
0.15	6.15
0.2	6.13
0.25	6.10
0.375	6.06
0.42	6.00

Z oscyloskopu zdjęto następujące charakterystyki

STABILIZATOR ZE SPRZĘŻENIEM ZWROTNYM

R₃₀=1350Ω dla Uwe=10÷12V otrzymano następujące pomiary:

Uwe	Uwy
14.02	5.48
12.06	5.46
10.00	5.43
8.01	5.40
6.04	5.15
5.78	5.03
5.48	4.86

Uwe = 12.04 V
I [A]	U [V]
0.024	5.47
0.030	5.46
0.45	5.45
0.60	5.44
0.75	5.44
0.1	5.43
0.13	5.42
0.18	5.41
0.20	5.40
0.3	5.39

dla Uwe=10V
dla Uwe=12V

Z oscyloskopu zdjęto następujące charakterystyki

4.Wnioski:

Stabilizatorem napięcia nazywa się układ, który ma za zadanie teoretycznie niezmiennej war­tości napięcia na wyjściu w określonych granicach zmian napięcia zasilającego, obciążenia oraz czynników zewnętrznych, np. temperatury, ciśnienia, wilgotności, czasu itd. W połączeniu z prostownikiem i filtrem tworzą one zasilacze i kalibratory. Stabilizator napięcia powinien być praktyczną realizacją idealnego źródła napięciowego. W przybliżeniu można przyjąć, że napię­cie wyjściowe U_WY stabilizatorów napięcia jest funkcją napięcia wejściowego U_WE , prądu wyj­ściowego (obciążenia) I_WY i temperatury T

U_WY = f(U_WE , I_WY , T)

Bezwzględna zmienność wejściowa (sieciowa) wyraża bezwzględną zmianę sygnału (napięcia) przy zmianach napięcia zasilania stabilizatora. wyraża się ją zwykle przy zmianach napięcia wej­ściowego o 1V lub o 10% (ΔU_WE = 1V, 10%). Względna zmienność wejściowa wyraża się następującą zależnością

przy ΔUwe=1V, 10%.

Bezwzględna zmienność wyjściowa (obciążeniowa) stanowi bezwzględna zmianę sygnału wyj­ściowego (napięcia) przy zmianach obciążenia. Wyznacza się ją zwykle przy zmianach obcią­żenia od wartości minimalnej do wartości maksymalnej. Względna zmienność wyjściowa jest opisana zależnością:

Rezystancję i konduktancję wyjściową stabilizatorów określa się przy napięciu i prądzie stałym, natomiast przy sygnałach zmiennych - impedancję i admitancję wyjściową. Oprócz wymienio­nych parametrów, do ważnych wielkości charakteryzujących jakość stabilizatora należy współ­czynnik tętnień określany jako stosunek między szczytowej wartości napięcia U_WYT tętnień na wyjściu i napięcia U_WET tętnień na wejściu

Ze względu na zasadę działania stabilizatory napięcia stałego można podzielić na: parametryczne, kompensacyjne o działaniu ciągłym i impulsowym.

W stabilizatorach parametrycznych zmiana określonego parametru elementu stabilizującego dana wielkość wyjściową przeciwdziała czynnikom destabilizacyjnym. Cechą charakterystyczną wszystkich ''S''parametrycznych jest brak zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego, który zapewniałby porównywanie wielkości wyjściowej z jej wartością przyjętą za odniesienie. Nie najlepsza jakość stabilizatorów parametrycznych ogranicza ich zastosowanie.

W stabilizatorach kompensacyjnych napięcia o działaniu ciągłym, w procesie stabilizacji nastę­puje porównanie napięcia stabilizowanego U_WY z wzorcowym napięciem odniesienia E_W. Stabi­lizatory kompensacyjne zawierają zatem następujące człony: źródło napięcia odniesienia, układ porównujący, wzmacniacz błędu i układ regulujący. W stabilizatorach wyższej klasy wzmac­niacz błędu jest zwykle kilkustopniowym wzmacniaczem różnicowym o dużym wzmocnieniu, dużej rezystancji wejściowej, niskim poziomie szumów i niewielkim dryfcie temperaturowym. Źródło napięcia odniesienia jest bardziej złożone i budowane najczęściej w układzie skompen­sowanym temperaturowo.

Układy stabilizatorach zastosowanie technologii scalonej dało możliwości uzyskania znacznie lepszych parametrów przy małych wymiarach. Ponadto technologia ta umożliwiła wykonanie, oprócz zasadniczego stabilizatora, dodatkowych układów zabezpieczających przed przeciąże­niem i zwarciem oraz zabezpieczenie termiczne. Umożliwiają one stabilizację napięć zarówno o polaryzacji dodatniej, jak i ujemnej. Typowe wartości napięć wyjściowych wynoszą 2.5 ÷ 35V, przy czym można wyróżnić stabilizatory o napięciu wyjściowym regulowanym zewnętrznym elementem regulacyjnym, w postaci np. dzielnika rezystancyjnego, oraz stabilizatory o napięciu wyjściowym ustalonym np. +5V. Obciążalność scalonych stabilizatorów napięcia nie jest zbyt duża, prąd wyjściowy wynosi od kilkunastu do kilkuset mA.

-

5

Uwe

Uwe=10V

Uwe=12V

Uwy

Uwe

Uwe=10V

Uwe=12V

Uwy

---